Chapitre 1. Introduction L’hypertension pulmonaire est un syndrome de dyspnée, fatigue, douleur thoracique et syncope, causé par une augmentation de la résistance vasculaire pulmonaire (RVP) conduisant progressivement à la défaillance cardiaque droite(1). Le cathétérisme du cœur droit est indispensable au diagnostic et à l’évaluation de la gravité de l’hypertension pulmonaire. L’examen permet tout à la fois la quantification du processus morbide par une mesure de la RVP et de ses répercussions fonctionnelles par la mesure du débit cardiaque. Néanmoins, la multiplication des études thérapeutiques randomisées dans l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) a montré l’inadéquation de ces mesures pour quantifier la réponse fonctionnelle des patients aux traitements(2,3). Ceci s’explique par les limitations de l’évaluation hémodynamique traditionnelle qui ne peut directement quantifier les déterminants de la performance ventriculaire droite (VD): précharge, postcharge et contractilité. Le but de ce travail a été d’étudier l’apport de nouvelles méthodes d’exploration, moins invasives, pour mieux comprendre l’adaptation VD à l’augmentation de postcharge, induite par l’hypertension pulmonaire. Le chapitre introductif est consacré à une revue des concepts de physiologie de base, à savoir : la description de l’état fonctionnel de la circulation pulmonaire par des relations pression-débit instantanées ou continues et de la fonction VD au départ des relations pression-volume ventriculaires. Les principales méthodes utilisées dans ce travail sont présentées, à savoir : l’échocardiographie traditionnelle, mais actualisée par l’introduction de nouveaux indices de fonction VD et l’imagerie par Doppler tissulaire (TDI). Chapitre 2. Faisabilité de l’étude semi-invasive de l’impédance vasculaire pulmonaire chez les patients souffrant d’hypertension artérielle pulmonaire Le calcul de RVP néglige les phénomènes de compliance vasculaire et de réflexion d’ondes, inhérents à l’aspect pulsatile du flux dans la circulation pulmonaire. Ceci sous-estime la charge hydraulique imposée au VD, en particulier dans l’hypertension pulmonaire(4). L’ensemble des forces qui s’opposent à l’éjection du VD peut être quantifié par une analyse fréquentielle des ondes de pression et de débit artériels pulmonaires et un calcul d’impédance vasculaire pulmonaire (PVZ). Néanmoins, cette méthode a été très peu appliquée chez l’Homme, en raison de sa complexité et surtout de son caractère invasif. Nous avons étudié la faisabilité de l’étude systématique de spectres de PVZ chez 22 patients souffrant d’HTAP, avec une méthode simplifiée, couplant le cathétérisme du cœur droit et l’échocardiographie-Doppler transthoracique. Les résultats montrent qu’il est possible d’obtenir au lit du malade des spectres de PVZ cohérents et sensibles aux interventions pharmacologiques. Chapitre 3. Etude par imagerie Doppler tissulaire de l’adaptation ventriculaire droite à la vasoconstriction pulmonaire hypoxique aiguë chez le sujet sain La déprivation en oxygène dans l’air respiré induit une vasoconstriction des petites artères pulmonaires, responsable d’une hypertension pulmonaire modérée. Nous avons étudié la fonction VD par échocardiographie-Doppler conventionnelle et TDI chez 25 volontaires, au cours de la vasoconstriction pulmonaire hypoxique et lors de l’administration intraveineuse de faibles doses de dobutamine (reproduisant la tachycardie associée à la stimulation orthosympathique). Les résultats montrent une adaptation de la fonction des deux ventricules, essentiellement diastolique à droite et systolique à gauche. Ces effets peuvent être expliqués par la conjonction d’une activation sympathique et l’adaptation de la fonction du VD nécessaire à la préservation du couplage entre fonction ventriculaire et postcharge. Chapitre 4. Etude par imagerie Doppler tissulaire de l’adaptation ventriculaire droite à l’hypertension pulmonaire hypoxique, en altitude L’exposition à la haute altitude est un modèle naturel d’hypertension pulmonaire hypoxique. Nous avons étudié la fonction du VD par échocardiographie-Doppler conventionnelle et TDI chez 15 sujets sains au niveau de la mer, dans les premières heures d’exposition à l’altitude (La Paz, Bolivie - 3750 m) et après 10 jours d’acclimatation (Potosi - 4850 m), et chez 20 sujets natifs de l’Altiplano bolivien (~ 4000 m). Les résultats montrent que l’exposition aiguë ou subaiguë à l’altitude s’accompagne d’une hypertension pulmonaire modérée, avec maintien de la fonction systolique du VD et modifications mineures de sa fonction diastolique. Pour une même gravité d’hypertension pulmonaire, l’adaptation chronique des sujets natifs se caractérise par des altérations à la fois systoliques VD et diastoliques ventriculaires droite et gauche. Chez certains sujets, l’hypertension pulmonaire hypoxique peut être rapidement sévère. Nous en avons rapporté un cas dont l’échocardiographie-Doppler avec TDI montre l’existence d’une défaillance cardiaque droite, avec dilatation des cavités droites du cœur, mouvement paradoxal du septum interventriculaire, dilatation de la veine cave inférieure, et raccourcissement myocardique postsystolique prédominant à l’apex, le tout dans un contexte d’examen clinique négatif. Ce cas illustre l’apport de l’échocardiographie avec TDI en tant qu’outil non invasif, d’extension de l’examen clinique du cœur, et suggère que le diagnostic de défaillance cardiaque droite aiguë devrait faire partie de la liste des complications médicales de l’exposition à la haute altitude. Chapitre 5. Etude par imagerie Doppler tissulaire de l’adaptation ventriculaire droite à l’hypertension pulmonaire chronique Chez les patients souffrant d’hypertension pulmonaire chronique, la symptomatologie et le pronostic sont essentiellement déterminés par l’adaptation de la fonction VD à la postcharge. Nous avons exploré la fonction VD par échocardiographie-Doppler complétée par TDI chez 18 patients souffrant d’hypertension pulmonaire, de type HTAP ou hypertension pulmonaire chronique d’origine thrombo-embolique (CTEPH), lors du cathétérisme du cœur droit inclus dans le bilan diagnostic initial. Les résultats montrent une diminution des indices de contraction régionale, prédominante au niveau de l’apex de la paroi libre VD, et des modifications de la relaxation des deux ventricules. Nous montrons également un quasi retour à la normale de la fonction VD, avec une disparition des anomalies à prédominance apicale, au cours d’un test de réversibilité chez un patient HTAP dit « répondeur » (importante diminution de la pression artérielle pulmonaire moyenne à l’administration de vasodilatateurs pulmonaires). Chapitre 6. Application des techniques non invasives modernes à l’étude de la circulation pulmonaire et de la fonction ventriculaire droite chez les patients souffrant de sclérodermie Les patients souffrant de sclérodermie sont à risque de développer de l’HTAP. Néanmoins, le rendement des techniques de dépistage non invasives est décevant. Nous avons émis l’hypothèse que la détection d’une hypertension pulmonaire dans la sclérodermie peut être améliorée par l’échocardiographie d’effort. Nous avons mesuré, par échocardiographie-Doppler, chez 25 patients sclérodermiques, les pressions artérielles pulmonaires et le débit cardiaque, au repos et à l’effort, de façon à déterminer une RVP « dynamique », et corrélé les résultats à l’évaluation échocardiographie-Doppler avec TDI. Les résultats montrent que les patients sclérodermiques présentent fréquemment une altération de la fonction diastolique du VD en présence d’une pression artérielle pulmonaire systolique normale au repos mesurée à partir de la vitesse maximale du jet de régurgitation tricuspide. Cette dysfonction est corrélée au temps d’accélération du flux pulmonaire (indicateur de l’élastance artérielle pulmonaire) et à la RVP dynamique (mesure raffinée de la RVP). Nous en concluons que l’altération de la fonction diastolique du VD est fréquente dans la sclérodermie, et reflète, vraisemblablement, une hypertension pulmonaire latente.

Chapitre 1. Introduction<p><p>\ / Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les myopathies d’origine génétique sont des pathologies musculaires en rapport avec des anomalies génétiques. Les myopathies sont à l’origine d’un handicap physique majeur et affectent souvent la fonction respiratoire et parfois le cœur. Nous nous sommes intéressés à la caractérisation myocardique de 4 types de myopathies d’origine génétique à l’aide de l’échocardiographie Doppler : myopathie de Duchenne, sarcoglycanopathies, MELAS syndrome et maladie de Pompe.Nous avons analysé la fonction cardiaque dans 2 modèles murins de dystrophies musculaires: la souris mdx et la souris sgca null. En clinique, nous avons analysé la fonction cardiaque des sujets atteints de myopathie de Duchenne, de sarcoglycanopathies, de MELAS syndrome et de maladie de Pompe en échocardiographie Doppler.Dans les modèles animaux, nous avons retrouvé des anomalies myocardiques chez la souris mdx et chez la souris sgca null. Chez l’homme, l’atteinte myocardique est sévère chez les sujets atteints de myopathie de Duchenne et certains patients présentent un asynchronisme ventriculaire soulevant les indications éventuelles de resynchronisation myocardique. Les sujets atteints de gamma sarcoglycanopathies présentent de façon significative des anomalies de contraction du ventricule gauche comparativement aux sujets atteints d’alpha-sarcoglycanopathies. La fonction ventriculaire droite et gauche est préservée chez les sujets atteints de maladie de Pompe. Les sujets atteints de MELAS présentent des hypertrophies du ventricule gauche. L’analyse génétique retrouve une corrélation significative entre le taux d’hétéroplamie et la survenue d’événements cliniques. / Muscular dystrophies are genetic neuromuscular disorders that affect skeletal muscle. We sought to assess heat involvement in four genetic muscular disorders : Duchenne muscular dystrophy, sarcoglycanopathies, MELAS and adulte Pompe disease. In animal models, we sought to assess, using Echocardiography Doppler, mdx mice and sgca null mice. Myocardiac abnormalities were found in mdx mice and sgca null mice. Clinical studies found severe cardiac impairment in Duchenne muscular dystrophies and ventricular asynchrony was found in patients with severe heart failure. Patients with gamma sarcoglycanopathy have significant alteration of left ventricular function in comparison with patients with alpha sarcoglycanopathy. Left and right ventricular function were preserved in patients with Pompe disease. Left ventricular hypertrophy was found in patients with MELAS. Genetic analysis disclosed significant correlation between heteroplasmy and significant clinical events.

Introduction : La resynchronisation cardiaque (CRT) améliore les patients insuffisants cardiaques, symptomatiques malgré un traitement médical optimal et présentant un élargissement du QRS>120ms. Cependant, un tiers des patients ne répondent pas à cette thérapie. L'objet de cette thèse est d'identifier les mécanismes déterminant la réponse à la CRT. Méthode: Dans un premier temps, nous avons apprécié la précision des méthodes de quantification de la contraction myocardique utilisées pour caractériser l'asynchronisme. Ensuite, nous avons évalué les facteurs liés à l'asynchronisme et à la réponse à la CRT (fibrose, nécrose myocardique, réserve contractile). De plus, nous avons développé et validé un nouvel indice permettant d'évaluer les conséquences « énergétiques » de l'asynchronisme sur la contraction myocardique. Résultats: Nous avons démontré que le strain longitudinal en speckle tracking était supérieur au Doppler tissulaire pour évaluer la déformation et l'asynchronisme myocardique et qu'il était mieux corrélé au pronostic des patients insuffisants cardiaques. Ensuite nous avons mis en évidence que le retard de contraction mécanique n'était pas lié simplement à un bloc de conduction électrique mais qu'il était observé pour l'ensemble des segments myocardiques nécrosés. De plus ces zones de fibrose et de nécrose évaluées en échographie de stress influencent la réponse à la CRT. Ces résultats suggèrent l'importance de considérer le retard de contraction et la contractilité résiduelle pour prédire la réponse à la CRT. A partir de cette hypothèse, nous avons validé un indice unique associant l'asynchronisme et la contractilité résiduelle pour évaluer la perte d'énergie contractile liée au retard de contraction. Conclusion : Les travaux réalisés ont permis de développer des outils pour mieux apprécier les conséquences de l'asynchronisme myocardique. / Background: Randomized studies demonstrated that Cardiac Resynchronization Therapy (CRT) improves symptoms and survival in heart failure patients with wide QRS duration that remains symptomatic despite optimal medical treatments. However, up to 40% of patients did not response to CRT. The purpose of this work was to investigate the underlying mechanisms of mechanical cardiac dyssynchrony to optimize the identification of responder to CRT. Methods: The first part of our study was to identify the accurate echocardiography method for quantifying of myocardial deformation and dyssynchrony (Tissue Doppler Imaging and Speckle tracking analysis). Next, we studied factors (myocardial scar and contractile reserve) interacting with myocardial dyssynchrony and response to CRT. Then, we developed and validated a mathematical model (strain delay index) to assess the wasted energy related to myocardial dyssynchrony. Results: First we demonstrated that longitudinal strain computed from spec kle tracking analysis was superior to tissue Doppler imaging in assessing myocardial dyssynchrony and function with a better correlation with outcome in heart failure patients. Next, we showed that mechanical dyssynchrony was not specific of electrical delay but was prevalent in scar segments. In addition, using dobutamine stress echocardiography, we demonstrated that contractile reserve in delayed segments greatly impacts on response to CRT. Then, we proposed and validated a mathematical model, the strain delay index for assessing the wasted energy related to mechanical dyssynchrony. Conclusion: The mathematical model proposed in the present study to assess the impact of dyssynchrony on myocardial contractility allows a better identification of responder to CRT.

Les maladies cardiovasculaires sont de nos jours un problème de santé majeur. L'amélioration des méthodes liées au diagnostic de ces maladies représente donc un réel enjeu en cardiologie. Le coeur étant un organe en perpétuel mouvement, l'analyse du mouvement cardiaque est un élément clé pour le diagnostic. Par conséquent, les méthodes dédiées à l'estimation du mouvement cardiaque à partir d'images médicales, plus particulièrement en échocardiographie, font l'objet de nombreux travaux de recherches. Cependant, plusieurs difficultés liées à la complexité du mouvement du coeur ainsi qu'à la qualité des images échographiques restent à surmonter afin d'améliorer la qualité et la précision des estimations. Dans le domaine du traitement d'images, les méthodes basées sur l'apprentissage suscitent de plus en plus d'intérêt. Plus particulièrement, les représentations parcimonieuses et l'apprentissage de dictionnaires ont démontré leur efficacité pour la régularisation de divers problèmes inverses. Cette thèse a ainsi pour but d'explorer l'apport de ces méthodes, qui allient parcimonie et apprentissage, pour l'estimation du mouvement cardiaque. Trois principales contributions sont présentées, chacune traitant différents aspects et problématiques rencontrées dans le cadre de l'estimation du mouvement en échocardiographie. Dans un premier temps, une méthode d'estimation du mouvement cardiaque se basant sur une régularisation parcimonieuse est proposée. Le problème d'estimation du mouvement est formulé dans le cadre d'une minimisation d'énergie, dont le terme d'attache aux données est construit avec l'hypothèse d'un bruit de Rayleigh multiplicatif. Une étape d'apprentissage de dictionnaire permet une régularisation exploitant les propriétés parcimonieuses du mouvement cardiaque, combinée à un terme classique de lissage spatial. Dans un second temps, une méthode robuste de flux optique est présentée. L'objectif de cette approche est de robustifier la méthode d'estimation développée au premier chapitre de manière à la rendre moins sensible aux éléments aberrants. Deux régularisations sont mises en oeuvre, imposant d'une part un lissage spatial et de l'autre la parcimonie des champs de mouvements dans un dictionnaire approprié. Afin d'assurer la robustesse de la méthode vis-à-vis des anomalies, une stratégie de minimisation récursivement pondérée est proposée. Plus précisément, les fonctions employées pour cette pondération sont basées sur la théorie des M-estimateurs. Le dernier travail présenté dans cette thèse, explore une méthode d'estimation du mouvement cardiaque exploitant une régularisation parcimonieuse combinée à un lissage à la fois dans les domaines spatial et temporel. Le problème est formulé dans un cadre général d'estimation de flux optique. La régularisation temporelle proposée impose des trajectoires de mouvement lisses entre images consécutives. De plus, une méthode itérative d'estimation permet d'incorporer les trois termes de régularisations, tout en rendant possible le traitement simultané d'un ensemble d'images. Dans cette thèse, les contributions proposées sont validées en employant des images synthétiques et des simulations réalistes d'images ultrasonores. Ces données avec vérité terrain permettent d'évaluer la précision des approches considérées, et de souligner leur compétitivité par rapport à des méthodes de l'état-del'art. Pour démontrer la faisabilité clinique, des images in vivo de patients sains ou atteints de pathologies sont également considérées pour les deux premières méthodes. Pour la dernière contribution de cette thèse, i.e., exploitant un lissage temporel, une étude préliminaire est menée en utilisant des données de simulation. / Cardiovascular diseases have become a major healthcare issue. Improving the diagnosis and analysis of these diseases have thus become a primary concern in cardiology. The heart is a moving organ that undergoes complex deformations. Therefore, the quantification of cardiac motion from medical images, particularly ultrasound, is a key part of the techniques used for diagnosis in clinical practice. Thus, significant research efforts have been directed toward developing new cardiac motion estimation methods. These methods aim at improving the quality and accuracy of the estimated motions. However, they are still facing many challenges due to the complexity of cardiac motion and the quality of ultrasound images. Recently, learning-based techniques have received a growing interest in the field of image processing. More specifically, sparse representations and dictionary learning strategies have shown their efficiency in regularizing different ill-posed inverse problems. This thesis investigates the benefits that such sparsity and learning-based techniques can bring to cardiac motion estimation. Three main contributions are presented, investigating different aspects and challenges that arise in echocardiography. Firstly, a method for cardiac motion estimation using a sparsity-based regularization is introduced. The motion estimation problem is formulated as an energy minimization, whose data fidelity term is built using the assumption that the images are corrupted by multiplicative Rayleigh noise. In addition to a classical spatial smoothness constraint, the proposed method exploits the sparse properties of the cardiac motion to regularize the solution via an appropriate dictionary learning step. Secondly, a fully robust optical flow method is proposed. The aim of this work is to take into account the limitations of ultrasound imaging and the violations of the regularization constraints. In this work, two regularization terms imposing spatial smoothness and sparsity of the motion field in an appropriate cardiac motion dictionary are also exploited. In order to ensure robustness to outliers, an iteratively re-weighted minimization strategy is proposed using weighting functions based on M-estimators. As a last contribution, we investigate a cardiac motion estimation method using a combination of sparse, spatial and temporal regularizations. The problem is formulated within a general optical flow framework. The proposed temporal regularization enforces smoothness of the motion trajectories between consecutive images. Furthermore, an iterative groupewise motion estimation allows us to incorporate the three regularization terms, while enabling the processing of the image sequence as a whole. Throughout this thesis, the proposed contributions are validated using synthetic and realistic simulated cardiac ultrasound images. These datasets with available groundtruth are used to evaluate the accuracy of the proposed approaches and show their competitiveness with state-of-the-art algorithms. In order to demonstrate clinical feasibility, in vivo sequences of healthy and pathological subjects are considered for the first two methods. A preliminary investigation is conducted for the last contribution, i.e., exploiting temporal smoothness, using simulated data.

L’Hypertrophie Ventriculaire Gauche (HVG) est actuellement mise en évidence par échographie. Cet examen fournit des informations anatomo-fonctionnelles mais ne permet pas de déterminer l’étiologie des HVG, ce qui engendre de graves erreurs de diagnostic et de prise en charge thérapeutique. Les HVG sont classiquement séparées en 2 catégories :1. pathologies hypertrophiques induites par la modification structurelle et fonctionnelle des cardiomyocites qui tend à compenser des insuffisances cardiaques liées par exemple à des problèmes d’hypertension artérielle, de rétrécissement aortique ou de CardioMyopathies Hypertrophiques sarcomériques ;2. pathologies infiltratives correspondant au dépôt de protéines dans la matriceextracellulaire principalement dues à différentes formes d’amyloses cardiaquesNotre hypothèse est que les différents mécanismes physiopathologiques (hypertrophique ou infiltratif) pourraient se traduire dans l’image par des propriétés spécifiques du speckle échographique. Nous avons donc développé un travail d’analyse de la texture de ces images afin de discriminer les différentes HVG.Dans cette étude, la base de données de 4795 images est divisée en une base d’apprentissage de 3770 images et une base de test de 1025 images. L’analyse de texture des images est faite par les ondelettes de Gabor avec 8 orientations, 7 tailles et 5 niveaux de décomposition. Ensuite, les caractéristiques statistiques de premier et deuxième ordre sont extraites des images. Le nombre des caractéristiques est réduit pour la base d’apprentissage en appliquant l’Analyse en Composantes Principales (ACP) suivie par l’analyse discriminante linéaire (ADL) pour une séparation supervisée des classes. Les caractéristiques extraites pour la base de test sont projetées sur les vecteurs propres sélectionnés au cours de l’apprentissage. L’ADL est appliquée à ce niveau pour la classification des données du test et la qualité de cette classification est évaluée. Les résultats obtenus sont bons (qualité totale de classification de 95,51%) et sont suivis d’une étape de cross-validation afin de vérifier la robustesse de notre méthode. A cette étape, les bases de données de l’apprentissage et du test sont mélangées et 50 combinaisons différentes sont évaluées. La même méthode décrite précédemment est appliquée. La cross-validation montre une variation de la qualité de classification (entre 30% et 99.96%) probablement due à l’hétérogénéité des caractéristiques texturelles pour les patients d’une même classe que l’on peut expliquer par des degrés différents d’avancement dans la pathologie.Ces travaux montrent qu’une analyse de texture des images échocardiographiques peut permettre de déterminer des bio-marqueurs aptes à discriminer différentes cardiopathies qui s’expriment par une HVG. Ce résultat peut avoir des retombées très importantes dans la détection précoce des amyloses cardiaques, maladies engendrant un fort taux de mortalité souvent dû à un retard de diagnostic et prise en charge des patients par un centre expert / Left-Ventricular Hypertrophy (LVH) is currently detected through echocardiography. The latter imaging modality provides anatomical and functional information. However, it does not allow the determination of the HVG etiology. This can, in turn, lead to dangerous errors in the diagnosis and treatment planning of the disease. LVH pathologies are separated into two categories:- Hypertrophic pathology caused by the structural and functional modification of cardiomyocytes that lead to cardiac failure related, for example, to arterial hypertension problems, aortic narrowing or sarcomeric hypertrophic cardiomyopathies.- Infiltrative pathologies corresponding to protein deposits on the extracellular matrix, mainly due to different forms of cardiac amyloidosisOur hypothesis is that different physiopathological mechanisms (hypertrophic or infiltrative) can be translated in the image through properties specific to echographic speckle. We have therefore developed the work of texture analysis of such images in order to discriminate the different types of LVH.In this study, the database of 4795 images is divided into a learning database of 3770 images and another testing database of 1025 images. The textural analysis of these images is done using Gabor wavelets with 8 orientations, 7 sizes and 5 decomposition levels. Next, the statistical characteristics of first and second orders are extracted from the filtered images. The number of characteristics is reduced for the learning database by applying Principal Component Analysis (PCA) followed by Linear Discriminant Analysis (LDA) for a supervised separation of the classes. The extracted characteristics for the test database are projected on the eigenvectors selected in the learning step. LDA is applied at this level for the test data classification, and the quality of this classification is evaluated. The obtained results are good (total classification quality of 95.51%). A step of cross-validation follows in order to verify the robustness of our method. At this stage, the learning and testing databases are mixed, and 50 different combinations are evaluated. The same method described previously is then applied. The cross-validation shows a variation in the classification quality (between 30% and 99.96%) probably due to the heterogeneity of the texture characteristics for the patients of the same class explained by different disease advancement stages.This work shows that the textural analysis of echocardiographic images can permit the determination of bio-markers suitable to discriminate different LVH cardiopathies. Our results can have a very important impact on the early detection of cardiac amyloidosis, a pathology causing a considerable rate of mortality often due to a belated diagnosis and support by the centers of expertise

L’incidence et la prévalence des maladies valvulaires sont en augmentation, l’épidémiologie de ces maladies se modifie avec une prépondérance des maladies dégénératives, et le traitement considéré est le plus souvent le remplacement valvulaire prothétique, notamment dans le cadre de la sténose aortique qui est la maladie valvulaire la plus fréquente. Les techniques de remplacement valvulaire et les prothèses valvulaires ont grandement évolué ces dernières années, notamment avec le développement des implantations de prothèses par voie percutanée. Cependant les substituts valvulaires aortiques biologiques sont exposés à des complications diverses mettant en jeu la fonction de la prothèse : fuite péri-prothétique, endocardite infectieuse, dégénérescence des tissus biologiques. Ces complications restent des challenges diagnostiques et l’échographie est l’imagerie de référence. Cependant, l’imagerie cardiaque et valvulaire a réalisé de grands progrès, et l’utilisation d’autres techniques ou modalités d’imagerie peut être une alternative ou un complément à l’exploration par échocardiographie : imagerie par scanner, imagerie par résonance magnétique, imagerie nucléaire. Le recours et la combinaison de ces différentes techniques s’intègrent dans une approche globale, nommée imagerie multimodale. L’objectif général de ce projet de doctorat a été d’étudier l’apport de l’imagerie multimodale dans la surveillance des bioprothèses aortiques et l’évaluation des complications et de la dégénérescence structurelle qui peuvent survenir. / The incidence and prevalence of heart valve diseases are increasing worldwide. Their epidemiology also changes, and the required treatment is most often a prosthetic valve replacement, especially for aortic stenosis that is the most frequent heart valve disease. Techniques of valve replacement as well as prosthesis themselves have dramatically evolved in recent years, especially with the development of percutaneous transcatheter procedures. However, biologic aortic valve substitutes are at risk of several complications including prosthetic valve dysfunction, paravalvular regurgitation, infective endocarditis and structural valve deterioration. Correctly diagnose any of these complications still is a challenge but echocardiography plays a pivotal role and remains the gold-standard as per diagnostic imaging. Nonwithsanding the fact that echocardiography is the main imaging modality for valvular anomalies, great progress has been made in cardiac imaging and modalities like CT-Scan, MRI and nuclear imaging are nowadays regularly used along with echocardiography. The use and combination of these different techniques are part of a global approach, entitled multi-modality imaging.The general objective of this doctoral project was to study the contribution of the multi-imaging approach in the assessment of the bioprosthesis function and screening for complications and structural valve deterioration that may occur.

Le ventricule droit (VD) fut longtemps oublié par les cardiologues mais l'expérience a montré qu'il conditionne le pronostic des patients dans de nombreuses situations cliniques et que l'évaluation de sa fonction est un élément diagnostique majeur lorsqu'une pathologie du VD est suspectée. Après une revue des différentes méthodes d'évaluation de la fonction ventriculaire droite, cette thèse explore tout d'abord les limites des deux méthodes d'évaluation du VD les plus répandues (IRM et échographie) : Premièrement, les indices de contraction longitudinale en échographie ne permettent pas de dépister correctement les altérations de la fraction d'éjection dans la situation d'une surcharge volumétrique notamment. Deuxièmement, l'IRM en coupes petit-axe présente des difficultés importantes de délinéation de l'endocarde. Les principaux écarts de contours entre deux observateurs concernent l'infundibulum pour 40% et la valve tricuspide pour 40% également. Dans une troisième partie, nous proposons un indice géométrique simple à calculer lors d'un examen IRM et permettant de pré-sélectionner les patients nécessitant une étude précise du VD. Cet indice validé sur 340 patients réduit le temps opérateur de 35% sans entrainer d'erreur diagnostique. La dernière partie de cette thèse s'intéresse 'a la mesure de la vitesse tissulaire du myocarde et aux indices fonctionnels qui en dérivent. Cette mesure nécessite une haute résolution temporelle qui peut être atteinte en IRM en respiration libre au prix d'une augmentation de la durée d'acquisition.

Introduction : La resynchronisation cardiaque (CRT) améliore les patients insuffisants cardiaques, symptomatiques malgré un traitement médical optimal et présentant un élargissement du QRS>120ms. Cependant, un tiers des patients ne répondent pas à cette thérapie. L'objet de cette thèse est d'identifier les mécanismes déterminant la réponse à la CRT. Méthode: Dans un premier temps, nous avons apprécié la précision des méthodes de quantification de la contraction myocardique utilisées pour caractériser l'asynchronisme. Ensuite, nous avons évalué les facteurs liés à l'asynchronisme et à la réponse à la CRT (fibrose, nécrose myocardique, réserve contractile). De plus, nous avons développé et validé un nouvel indice permettant d'évaluer les conséquences " énergétiques " de l'asynchronisme sur la contraction myocardique. Résultats: Nous avons démontré que le strain longitudinal en speckle tracking était supérieur au Doppler tissulaire pour évaluer la déformation et l'asynchronisme myocardique et qu'il était mieux corrélé au pronostic des patients insuffisants cardiaques. Ensuite nous avons mis en évidence que le retard de contraction mécanique n'était pas lié simplement à un bloc de conduction électrique mais qu'il était observé pour l'ensemble des segments myocardiques nécrosés. De plus ces zones de fibrose et de nécrose évaluées en échographie de stress influencent la réponse à la CRT. Ces résultats suggèrent l'importance de considérer le retard de contraction et la contractilité résiduelle pour prédire la réponse à la CRT. A partir de cette hypothèse, nous avons validé un indice unique associant l'asynchronisme et la contractilité résiduelle pour évaluer la perte d'énergie contractile liée au retard de contraction. Conclusion : Les travaux réalisés ont permis de développer des outils pour mieux apprécier les conséquences de l'asynchronisme myocardique.

La fibrillation atriale affecte 2-3% des européens et nord-américains, les tachycardies ventriculaires sont liées à un risque important de mort subite. Les approches minimalement invasives comme l’Ablation par Cathéter Radiofréquence (RFCA) ont révolutionné le traitement de ces maladies, mais le taux de réussite de la RFCA est limité par le manque de techniques d’imagerie pour contrôler cette ablation thermique.Le but de cette thèse est de proposer de nouvelles approches ultrasonores pour des traitements cardiaques minimalement invasifs guidés par échographie.Pour cela nous avons d’abord validé la précision et la viabilité clinique de l’Élastographie par Ondes de Cisaillement (SWE) en tant que modalité d’imagerie quantitative et temps réel pour l’ablation thermique in vivo. Ensuite nous avons implémenté la SWE sur un transducteur intracardiaque et validé la faisabilité d’évaluer l’ablation thermique in vitro et in vivo sur cœur battant de gros animal. Puis nous avons développé un transducteur intracardiaque dual-mode pour effectuer l’ablation et l’imagerie ultrasonores avec les mêmes éléments, sur le même dispositif. Les lésions thermiques induites par Ultrasons Focalisés de Haute Intensité (HIFU) et contrôlées par la SWE ont été réalisées avec succès in vivo dans les oreillettes et les ventricules chez le gros animal. Finalement la SWE a été implémentée sur un dispositif d’imagerie et thérapie ultrasonores transœsophagien et la faisabilité de cette approche a été démontrée in vitro et in vivo. Ces approches originales pourraient conduire à de nouveaux dispositifs cliniques pour des traitements plus sûrs et contrôlés d’un large éventail d’arythmies et maladies cardiaques. / Atrial fibrillation (AF) affects 2-3% of the European and North-American population, whereas ventricular tachyarrhythmia (VT) is related to an important risk of sudden death. AF and VT originate from dysfunctional electrical activity in cardiac tissues. Minimally-invasive approaches such as Radio-Frequency Catheter Ablation (RFCA) have revolutionized the treatment of these diseases; however the success rate of RFCA is currently limited by the lack of monitoring techniques to precisely control the extent of thermally ablated tissue.The aim of this thesis is to propose novel ultrasound-based approaches for minimally invasive cardiac ablation under guidance of ultrasound imaging. For this, first, we validated the accuracy and clinical viability of Shear-Wave Elastography (SWE) as a real-time quantitative imaging modality for thermal ablation monitoring in vivo. Second we implemented SWE on an intracardiac transducer and validated the feasibility of evaluating thermal ablation in vitro and in vivo on beating hearts of a large animal model. Third, a dual-mode intracardiac transducer was developed to perform both ultrasound therapy and imaging with the same elements, on the same device. SWE-controlled High-Intensity-Focused-Ultrasound thermal lesions were successfully performed in vivo in the atria and the ventricles of a large animal model. At last, SWE was implemented on a transesophageal ultrasound imaging and therapy device and the feasibility of transesophageal approach was demonstrated in vitro and in vivo. These novel approaches may lead to new clinical devices for a safer and controlled treatment of a wide variety of cardiac arrhythmias and diseases.